DE60010809T2

DE60010809T2 - Entwicklungsgerät

Info

Publication number: DE60010809T2
Application number: DE60010809T
Authority: DE
Inventors: Tomomi Ohta-ku Kakeshita; Yasuyuki Ohta-ku Ishii
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-07-13
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: EP1069483B1; CN1133904C; JP2001022176A; DE60010809D1; EP1069483A3; US6308038B1; KR20010021067A; EP1069483A2; KR100370531B1; CN1280319A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Entwicklungsgerät, das in einem Bilderzeugungsgerät wie etwa einem Kopierer vom elektrofotographischen Typ oder einem Drucker vorgesehen ist.
Verwandter Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Bilderzeugungsgeräte vom elektrofotografischen Typ ist ein Bilderzeugungsgerät bekannt und wird praktisch angewendet, in welchem ein elektrisches, latentes Bild auf einem lichtempfindlichen Körper, welcher ein latentes Bild tragender Körper ist, unter Verwendung einer fotoleitfähigen Substanz mittels eines der verschiedenen Verfahren ausgebildet wird, und dann das latente Bild durch ein Entwicklungsgerät mit einem Toner, welcher ein Entwickler ist, entwickelt und als ein Tonerbild visualisiert und, falls erforderlich, das Tonerbild auf ein Übertragungsmaterial, welches ein Aufzeichnungsmedium wie etwa Papier ist, übertragen wird, wobei das Tonerbild danach mit Wärme und Druck oder dergleichen behandelt wird, um dadurch das Tonerbild zu fixieren und eine Kopie zu erhalten.
In einem solchen Bilderzeugungsgerät werden jedoch Verbesserungen hinsichtlich der Auflösung, der Genauigkeit, usw. des Bildes gefordert und die Entwicklung eines Verfahrens und eines Geräts zur Erzeugung einer dünnen Schicht des Toners auf einem Entwicklerträgerkörper, der in dem Entwicklungsgerät vorgesehen ist, ist erforderlich, und mehrere Maßnahmen dafür wurden vorgeschlagen.
In den letzten Jahren wurde in einem solchen Bilderzeugungsgerät ein Einkomponenten-Kontaktentwicklungsverfahren vorgeschlagen, welches eine halbleitende Entwicklungswalze oder eine Entwicklungswalze mit einer auf dessen Oberfläche ausgebildeten dielektrischen Schicht als einem Entwicklerträgerkörper, der einen Entwickler darauf trägt, einsetzt und in welchem diese Entwicklungswalze gegen die Oberflächenschicht des lichtempfindlichen Körpers mit dem dazwischenliegenden Entwickler gepresst wird, um dadurch eine Entwicklung zu bewirken, vorgeschlagen.
In diesem Einkomponenten-Kontaktentwicklungsverfahren wird die Entwicklung dadurch bewirkt, dass die Entwicklungswalze gegen den das elektrostatische latente Bild darauf tragenden lichtempfindlichen Körper gepresst oder mit diesem in Druckkontakt gebracht wird, und deshalb ist es notwendig, eine Entwicklungswalze mit Elastizität einzusetzen.
Insbesondere fällt die Entwicklungswalze in Kontakt mit einem das latente Bild tragenden Körper, der einen starren Körper umfasst, gebracht wird, ist es eine erforderliche Bedingung, eine Entwicklungswalze mit Elastizität einzusetzen, um eine Verletzung des das latente Bild tragenden Körpers zu vermeiden.
In einem solchen Bilderzeugungsgerät besitzt jedoch das Gleichstrom-Kontaktentwicklungsverfahren mit einer nichtmagnetischen Einzelkomponente gemäß dem Stand der Technik das folgende Problem.
Falls eine elektrisch leitfähige Entwicklungswalze eingesetzt wird, wird ein elektrischer Strom in dem Spaltbereich zwischen dem lichtempfindlichen Körper und der Entwicklungswalze durch die Bewegung des Toners mit den Ladungen geschaffen und die Entwicklung wird selbst bei einem geringen Entwicklungspotentialunterschied (der Unterschied zwischen dem Oberflächenpotential des das elektrostatische latente Bild tragenden Körpers und dem Entwicklungs-Biaspotential) beeinflusst und eine hohe Bilddichte wird erhalten.
Somit resultiert eine Bilderzeugung mit einem hohen γ-Wert, und der γ-Wert der Entwicklung, der aus der Neigung einer durch Auftragen der ausgegebenen Bilddichte gegen den Entwicklungspotentialunterschied resultierenden Kurve erhalten wird, wird hoch, und es wird schwierig, ein Halbtonbild, das mit der kontinuierlichen Bilddichte eines Originals übereinstimmt, getreu nachzubilden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Entwicklungsgerät bereitzustellen, welches Bilder mit einer ausgezeichneten Gradation bzw. Abstufung erzielen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Entwicklungsgerät erzielt, welches das Folgende umfasst:
Einen Entwicklerträgerkörper zur Trägerung eines Entwicklers darauf; und
ein Schichtdicken-Regulierelement zur Regulierung einer Schichtdicke des auf dem Entwicklerträgerkörper geträgerten Entwicklers, wobei der auf dem Entwicklerträgerkörper geträgerte Entwickler mit dem bildtragenden Körper in Kontakt steht, nachdem dessen Schichtdicke durch das Schichtdicken-Regulierelement reguliert worden ist;
wobei, falls eine Ladungsmenge pro 1 g des Entwicklers, nachdem die Schichtdicke durch das Schichtdicken-Regulierelement reguliert worden ist und bevor der Entwickler mit dem bildtragenden Körper in Kontakt gekommen ist, als Q (μC/g) definiert ist und der elektrische Widerstand pro 1 mm axialer Länge des Entwicklerträgerkörpers als R (Ω/mm) definiert ist,

R ≥ 0,9 × (–7,83 × 10⁴ |Q| + 7,05 × 10⁶) und
R ≥ 1,1 × (–7,83 × 10⁴ |Q| + 7,05 × 10⁶)

erfüllt sind.
Andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten und unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen gelesenen Beschreibung weiter ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch die Konstruktion eines Bilderzeugungsgeräts zeigt, welches mit einem Entwicklungsgerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist.
2 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch den Aufbau des Entwicklungsgeräts, das in dem Bilderzeugungsgerät der 1 vorgesehen ist, zeigt.
3 ist eine Ansicht des Entwicklungsgeräts aus 2, wenn es von der Seite des das latente Bild tragenden Körpers betrachtet wird.
4 ist ein Graph, welcher die Abstufungskurve eines bei 1.200 dpi ausgegebenen Bildes in einer Abstufung mit 64 (Farb)übergängen (dithering) in der erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen dem γ-Wert aus 4 und dem Widerstandswert einer Entwicklungswalze in der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird hierin nachstehend unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch den Aufbau eines Bilderzeugungsgeräts gemäß dieser Ausführungsform zeigt, und 2 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch den Aufbau eines Entwicklungsgeräts, das in dem Bilderzeugungsgerät der 1 vorgesehen ist, zeigt.
In einem solchen Bilderzeugungsgerät, wie es in 1 gezeigt ist, wird eine lichtempfindliche Trommel 1 als ein latentes Bild tragender Körper als erstes in Richtung des Pfeils A rotiert, und wird gleichförmig durch ein Aufladungsgerät 2 zur Ladung der lichtempfindlichen Trommel 1 aufgeladen, und ein elektrostatisches latentes Bild wird auf der Oberfläche der lichtempfindlichen Trommel 1 mittels eines Laserstrahls 3, welcher eine Belichtungseinrichtung zum Schreiben eines elektrostatischen latenten Bildes auf der lichtempfindlichen Trommel 1 ist, erzeugt.
Das elektrostatische latente Bild wird mittels eines Toners, welcher ein Entwickler ist, entwickelt, wobei der Toner dazu durch ein Entwicklungsgerät, das in einer Verfahrenskartusche (nicht gezeigt) gehalten ist, welche in nächster Nähe zu der lichtempfindlichen Trommel 1 angeordnet ist und abnehmbar an den Hauptkörper des Bilderzeugungsgeräts angebracht ist, weiter gegeben, und wird als ein Tonerbild visualisiert.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die sogenannte Umkehrentwicklung (reverse Entwicklung) zur Erzeugung eines Tonerbildes in einem Belichtungsbereich ausgeführt.
Das visualisierte Tonerbild auf der lichtempfindlichen Trommel 1 wird auf das Papier 13, welches ein Aufzeichnungsmedium ist, durch eine Übertragungswalze 9 übertragen.
Das Papier 13, auf welches das Tonerbild übertragen worden ist, wird durch ein Fixiergerät 12 einem Fixierprozess unterzogen, und wird aus dem Gerät ausgestoßen, und somit ist die Druckoperation abgeschlossen.
Andererseits wird der restliche Übertragungstoner, der nicht übertragen worden ist, sondern auf der lichtempfindlichen Trommel 1 verblieb, durch eine Reinigungsklinge 10 abgekratzt und wird in einem Abfalltonerbehälter 11 aufgefangen, und die gereinigte lichtempfindliche Trommel 1 durchläuft die vorstehend beschriebene Aktion erneut.
Das Entwicklungsgerät 4 gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ferner unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Das Entwicklungsgerät 4, wie es in 4 gezeigt ist, ist mit einem Entwicklungsbehälter 14, der darin einen nichtmagnetischen Toner 8 als einen Einkomponentenentwickler enthält, und einer Entwicklungswalze 5 als einem Entwicklerträgerkörper, der in einem Öffnungsbereich, der sich in Längsrichtung in dem Entwicklungsbehälter 14 erstreckt und gegenüber der lichtempfindlichen Trommel 1 angeordnet ist, positioniert und ist zur Entwicklung und Visualisierung des elektrostatischen latenten Bildes auf der lichtempfindlichen Trommel 1 angepasst.
Eine auf der Entwicklungswalze 5 geträgerte Tonerschicht steht über die Stoßweite in Kontakt mit der lichtempfindlichen Trommel 1.
In dem Entwicklungsgerät 4 stößt eine elastische Walze 6 an der hinsichtlich der Rotationsrichtung der Entwicklungswalze 5 stromaufwärtigen Seite des Stoßbereichs einer elastischen Klinge 7 gegen die Oberfläche der Entwicklungswalze 5 und ist in dem Entwicklungsbehälter 14 rotierbar angebracht.
Für die Struktur der elastischen Walze 6 ist es hinsichtlich der Zuführung des Toners 8 auf die Entwicklungswalze 5 und der Abschälung des unentwickelten Toners bevorzugt, dass sie eine Struktur aus einem geschäumten Schwammgerüst besitzt oder eine Filzbürstenstruktur besitzt, umfassend Viskose-Nylonfasern oder dergleichen, die auf einer Spindel eingesetzt sind.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird von einer elastischen Walze 6 mit einem Durchmesser von 16 mm Gebrauch gemacht, welche einen auf eine Spindel, die einen Metallschaft umfasst, bereitgestellten Polyurethanschaum besitzt.
Als die Stoßweite dieser elastischen Walze 6 gegen die Entwicklungwalze 5 sind 1 bis 8 mm effektiv, und es ist bevorzugt, die Entwicklungswalze 5 in dem Stoßbereich mit einer relativen Geschwindigkeit zu versehen, und in dieser Ausführungsform ist die Stoßweite auf 3 mm gesetzt, und die elastische Walze 6 wird mit einer vorbestimmten zeitlichen Steuerung durch eine Antriebseinrichtung (nicht gezeigt) in Rotation gebracht, so dass die Umfangsgeschwindigkeit der elastischen Walze 6 50 mm/s (die relative Geschwindigkeit zu der Entwicklungswalze 5 ist 130 mm/s) während der Entwicklungsoperation sein kann.
Auf der stromabwärtigen Seite der elastischen Walze 6 hinsichtlich der Rotationsrichtung der Entwicklungswalze 5 ist die elastische Klinge 7 durch eine klingenträgernde Metallplatte 15 geträgert, und ist derart vorgesehen, dass dessen freies Ende gegen die äußere Umfangsoberfläche der Entwicklungswalze 5 zur Kontaktierung der Oberfläche stoßen kann.
Die elastische Klinge 7 umfasst ein Kautschukmaterial wie etwa Silikon oder Urethan, oder eine dünne Metallplatte aus SUS oder Phosphorbronze mit Federelastizität als einem Grundkörper und einem Kautschukmaterial, das auf dessen Stoßoberfläche gegen die Entwicklungswalze 5 haftet.
Ebenso ist die Stoßrichtung der elastischen Klinge 7 gegen die Entwicklungswalze 5 in einer sogenannten Gegenrichtung, in welcher das seitliche Ende der Spitze stromaufwärtig des Stoßbereichs hinsichtlich der Rotationsrichtung der Entwicklungswalze 5 positioniert ist.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform besitzt die elastische Klinge 7 einen Aufbau, in welchem eine Urethan-Kautschukplatte mit einer Dicke von 1,0 mm auf der Klingenträgermetallplatte 15 anhaftet.
Ebenso wurde der Anpressdruck der elastischen Klinge 7 gegen die Entwicklungswalze 5 auf 25 bis 35 g/cm eingestellt (die Messung des Anschlussdrucks wird durch Berechnung aus einem Wert durchgeführt, bei welchem drei dünne Metallplatten mit einem bekannten Reibungskoeffizienten in den Stoßbereich eingeführt wurden und dann die mittlere von diesen mit einer Federwaage herausgezogen wurde).
3 ist eine Ansicht des Entwicklungsgeräts 4 aus 2, wenn es aus Richtung der lichtempfindlichen Trommel 1 angeschaut wird, und zur Vereinfachung der Veranschaulichung ist die Entwicklungswalze 5 nicht gezeigt.
Um einen Verlust des Toners aus beiden Endbereichen der Entwicklungswalze 5 zu vermeiden, sind Endbereichs-Versiegelungselemente 19 in den Öffnungsbereichen des Entwicklungsbehälters 14 vorgesehen, welche den Raum zwischen beiden axialen Endbereichen der Entwicklungswalze 5 und den Öffnungsbereichen des Entwicklungsbehälters 14 abschließen.
Die elastische Klinge 7, wie sie in 3 gezeigt ist, ist derart aufgebaut, dass der Abstand von ihrem Stoßspalt mit der Entwicklungswalze 5, durch Schraffierung gekennzeichnet, zum Ende der elastischen Klinge 7 kontinuierlich von der normalen Entwicklungsfläche zu den gegenüberliegenden Endbereichen der elastischen Klinge 7 abnimmt.
Weiterhin sind die Endbereiche der Klingenspitze an beiden Endbereichen der elastischen Klinge 7 in der axialen Rich tung der Entwicklungswalze 5 derart ausgestaltet, dass sie innerhalb des vorstehend erwähnten Stoßspalts liegen.
Das heißt, die Dicke der auf der Entwicklungswalze 5 ausgebildeten Tonerschicht wird durch den Abstand von einem stromaufwärtigen Punkt des Stoßspalts bezüglich der Rotationsrichtung der Entwicklungswalze 5 zu dessen Ende beeinflusst, und es ist schon bekannt, dass je länger dieser Abstand wird, desto dicker die auf der Entwicklungswalze 5 ausgebildete Tonerschicht wird, und dass je kürzer dieser Abstand wird, desto dünner die Tonerschicht wird.
Der Toner 8 ist ein nicht-magnetischer Einkomponentenentwickler und, wie vorstehend beschrieben worden ist, wird von einem Toner Gebrauch gemacht, welcher hinsichtlich der Übertragbarkeit ausgezeichnet ist und welcher eine hohe Gleiteigenschaft besitzt, falls der restliche Übertragungstoner, der nicht übertragen worden ist und auf der lichtempfindlichen Trommel 1 verblieb, durch Reinigungseinrichtungen wie etwa eine Klinge oder eine Filzbürste entfernt wird und deshalb den Vorteil besitzt, dass die Abnutzung der lichtempfindlichen Trommel 1 gering ist, d. h., ein Toner, welcher kugelförmig ist und eine glatte Oberfläche besitzt.
Genauer gesagt ist der Volumenwiderstandswert bzw. Durchgangswiderstandswert des Toners 10¹⁴ Ω oder größer und als Messbedingungen wird ein Gewicht mit einer Messelektrodenplattenfläche mit einem Durchmesser von 6 mm (∅ 6 mm) und 0,238 cm² und ein Druck von 1.500 g zur Messung des Drucks von 980 gf/cm² (96,1 kPa) eingesetzt, und die Dicke der Pulverschicht während der Messung wird auf 0,5 bis 1,0 mm eingestellt, und eine Gleichspannung von 400 V wird zur Messung der Strommenge durch ein exaktes Ampermeter (YHP 4140 pA METER/DC VOLTAGE SOURCE) angelegt, und der Volumen widerstandswert (spezifischer Widerstand) wird von dem Widerstandswert berechnet.
Für den Toner in der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Toner eingesetzt, in welchem die Formfaktoren SF₁ bei 100 bis 180 und SF₂ bei 100 bis 140 liegen.
Als diese SF₁ und SF₂ sind Werte definiert, die durch Aufnehmen von 100 Tonerbildern in statistischer Art und Weise durch Verwendung eines FE-SEM (5-800), hergestellt von Hitachi, Ltd., erhalten werden, und zwar durch Einführen der Bildinformation von diesen in ein Bildanalysiergerät (Luzex 3), hergestellt von Nicolet Japan Corporation, über ein Interface und durch Analysieren und Berechnen der folgenden Ausdrücke. SF1 = {(MXLNG)2/AREA} (π/4) × 100 SF2 = {(PERI)2/AREA} × (1/4 π) × 100(AREA: Toner-Projektionsfläche, MXLNG: absolute Maximumlänge des Toners, PERI: Umfang des Toners).
Der Formfaktor SF₁ dieses Toners gibt den Grad der Kugelförmigkeit an und wenn er größer als 100 wird, wird die Gestalt graduell von sphärisch bzw. kugelförmig hin zu einer amorphen Gestalt, und SF₂ gibt den Grad der Unebenheit an, und wenn er größer als 100 wird, wird die Unebenheit der Oberfläche des Toners merklich.
Als ein Verfahren zur Herstellung des Toners ist es möglich, den Toner durch Verwendung eines Verfahrens der direkten Erzeugung eines Toners durch Einsatz eines Suspensions-Polymerisationsverfahren, wie es in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 36-10231 oder der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59-53856 beschrieben ist, durch ein Dispersions-Polymerisationsverfahren zur direkten Erzeugung eines Toners durch den Einsatz eines wasserlöslichen organischen Lösungsmittels für das Monomer, in welchem aber das erhaltene Polymer nicht löslich ist, oder durch ein Emulsions-Polymerisationsverfahren, verkörpert durch ein seifenfreies Polymerisationsverfahren zur Erzeugung eines Toners durch direkte Polymerisation in Gegenwart eines wasserlöslichen Polarisations-Polymerisations-Starters, neben einem Herstellungsverfahren unter Verwendung des sogenannten Einrollverfahrens herzustellen, wenn er innerhalb des Bereichs der vorstehend beschriebenen Formfaktoren liegt.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform können der Formfaktor SF₁ und der Formfaktor SF₂ des Toners leicht auf 100 bis 180 bzw. 100 bis 140 eingestellt werden, und durch den Einsatz des Suspensions-Polymerisationsverfahrens unter normalem Druck oder unter Druck, wodurch relativ leicht ein Feinteilchentoner mit einer Formteilchen-Größenverteilung und mit einem Teilchendurchmesser von 4 bis 8 μm erhalten werden kann, werden Styrol und n-Butylacrylat als Monomere, eine Metallsalicylatverbindung als ein Ladungseinstellmittel, ein gesättigter Polyester als Polaritätsharz und ferner ein Färbemittel zugegeben, um dadurch gefärbte Suspensionsteilchen mit einem gewichtsgemittelten Teilchendurchmesser von 7 μm herzustellen.
Hydrophobes Siliziumoxid wurde unwesentlich mit 1,5 Gew.% dazu hinzugegeben, wodurch der Toner 8 mit negativer Polarität hergestellt wurde, welcher hinsichtlich der Übertragbarkeit ausgezeichnet war und bei welchem die Abnutzung der lichtempfindlichen Trommel 1 während deren Reinigung gering war, wie vorstehend beschrieben wurde.
In dem vorstehend beschriebenen Entwicklungsgerät 4 wird der Toner 8 während der Entwicklungsoperation in dem Entwicklungsbehälter 14 auf die elastische Walze 6 mittels der Rotation eines Rührelements 16 in Richtung des Pfeils C befördert.
Als nächstes wird der Toner 8 durch die elastische Walze 6, die in Richtung des Pfeils D rotiert, in die Nähe der Entwicklungswalze 5 und in den Spaltenbereich zwischen der Entwicklungswalze 5 und der elastischen Walze 6 geführt, und der auf der elastischen Walze 6 geführte Toner 8 kommt mit der Entwicklungswalze 5 in Reibungskontakt, wodurch er durch Reibung geladen wird und auf der Entwicklungswalze 5 anhaftet.
Danach wird der auf der Entwicklungswalze 5 anhaftende Toner 8 unter dem Druckkontakt der elastischen Klinge 7 mit der Rotation der Entwicklungswalze 5 in Richtung des Pfeils B befördert und eine dünne Schicht des Toners 8 wird auf der Entwicklungswalze 5 erzeugt.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform werden –40 bis –20 μC/g, 0,4 bis 1,0 mg/cm² und 10 bis 20 μm eingestellt, um so eine gute Ladungsmenge, eine gute Tonerbeschichtungsmenge bzw. eine Tonerschichtdicke zu erhalten. Falls die Ladungsmenge des Toners gemessen werden soll, wird die Ladungsmenge des Toners gemessen, nachdem der Toner auf die Entwicklungswalze 5 einem Druckkontakt durch die elastische Klinge unterzogen worden ist und bevor er mit dem gegenüberliegenden Bereich der lichtempfindlichen Trommel 1 und der Entwicklungswalze 5 in Kontakt gekommen ist.
Ebenso ist die im wesentlichen rechte Hälfte der Umfangsoberfläche der Entwicklungswalze 5 in dem Entwicklungsbehälter 14 in dem vorstehend beschriebenen Öffnungsbereich hineingesteckt und die im wesentlichen linke Hälfte der Umfangsoberfläche schaut aus dem Entwicklungsbehälter 14 heraus.
Der Oberflächenbereich der Entwicklungswalze 5, welcher aus dem Entwicklungsbehälter 14 herausschaut, ist in Kontakt mit der auf der linken Seite des Entwicklungsgeräts 4 positionierten, lichtempfindlichen Trommel 1 und liegt dieser gegenüber.
Die Entwicklungswalze 5 wird in Richtung des Pfeils B in Rotation versetzt und dessen Oberfläche besitzt eine moderate Unebenheit zur Erhöhung der Wahrscheinlichkeit des Reibungskontakts mit dem Toner 8 und zur effektiven Trägerung des Toners 8, und in der vorliegenden Ausführungsform wird eine elastische Walze 6, die mit einem Acryl/Urethan-Harz auf einer Silikonkautschukschicht mit einem Durchmesser von 16 mm, einer Länge von 216 mm und einer Dicke von 5 mm beschichtet ist, als die Entwicklungswalze eingesetzt.
Ebenso steht die Entwicklungswalze 5 in Druckkontakt mit der lichtempfindlichen Trommel 1 und wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 80 mm/s, was etwas höher als die Umfangsgeschwindigkeit von 50 mm der lichtempfindlichen Trommel 1 liegt, rotiert.
Der Widerstand R₁ (Ω/mm) der Entwicklungswalze wird hierin definiert.
Für die Messung des Widerstandswerts der Entwicklungswalze wird eine Aluminiumwalze (Aluminium-Elementarröhre) mit einem Durchmesser von 30 mm und die Entwicklungswalze gegeneinander stoßen gelassen, und zwar mit einer Stoßkraft von 500 gF (500 × 10^–3 × 9,8 = 4,9 N), und die Aluminium walze wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 50 mm/s rotiert.
Als nächstes wird ein Widerstand von 10 kΩ bis 10 MΩ auf der geerdeten Seite angeordnet, eine Gleichspannung von 400 V wird an die Entwicklungswalze angelegt, die Spannung gegenüber wird gemessen, der elektrische Strom davon wird berechnet und der tatsächlich gemessene Widerstandswert R₀ (Ω) wird gefunden.
Ein durch Umwandlung des Widerstands der Entwicklungswalze pro 1 mm in Längsrichtung (Axialrichtung) erhaltener Wert wurde dann als der Widerstand R₁ (Ω/mm) der Entwicklungswalze definiert.
Beschrieben werden nun die Ergebnisse, die durch Herstellung verschiedener Entwicklungswalzenarten mit variierten Widerstandswerten erhalten wurden, um den Optimalwert des Widerstandswerts der Entwicklungswalze zu erhalten, wobei die durch die Verwendung derer erhaltenen Bildcharakteristiken verglichen wurden.
Jede Entwicklungswalze wurde in die Entwicklungsvorrichtung, wie sie in 2 gezeigt ist, installiert, um dadurch ein Abstufungsbild mit 64 (Farb)übergängen (dithering) zu erhalten.
Die Entwicklungsbedingungen waren folgendermaßen.
Oberflächenpotential des nicht belichteten Bereichs des lichtempfindlichen Körpers: –600 V
Entwicklungs-Biaspotential: –300 V
Toner-Ladungsmenge: –60,0 μC/g, –30,0 μC/g,
–15,0 μC/g.
Menge des auf der Entwicklungswalze anhaftenden Toners: 0,4 mg/cm²
Widerstand R₁ der Entwicklungswalze: 2,55 × 10³ Ω/mm,
1,50 × 10⁴ Ω/mm,
4,63 × 10⁴ Ω/mm,
1,00 × 10⁵ Ω/mm,
9,26 × 10⁵ Ω/mm,
1,85 × 10⁶ Ω/mm,
4,63 × 10⁶ Ω/mm.
Als nächstes wurde eine vorbestimmte Bias-Spannung an die Entwicklungswalze angelegt, das aus dem lichtempfindlichen Körper ausgebildete Tonerbild wurde auf Normalpapier übertragen und fixiert, um dadurch ein Bild zu erhalten, und die Bilddichte des erhaltenen Bildes wurde mittels eines Macbeth's Reflexions-Dichtemessgeräts (RD918) gemessen, und wurde als die Bilddichte des Ausgabebildes definiert.
Die Abstufungskurve eines bei 1.200 dpi ausgegebenen Bildes mit einer Abstufung mit 64 Farbübergängen wird als die γ-Charakteristik der Entwicklung bezeichnet, und die γ-Charakteristik ist bei einer Ladungsmenge des Toners von –30,0 μC/g so wie in 4 gezeigt ist.
Die Kurven in 4 stellen die Abstufungscharakteristiken von durch Entwicklungswalzen ausgegebenen Bildern dar, die sich in ihrem Widerstand unterscheiden, und eine durchgezogene Linie X ist eine durchgezogene Linie, in welcher die γ-Charakteristik einer Primärrekursion unterzogen worden ist, und deren Steigung ist 0,02, und diese durchgezogene Linie X stellt eine ideale γ-Charakteristik dar.
Die Steigung der γ-Kurve wird als γ-Wert angegeben, und eine Abweichung von ± 10 % ist erlaubt, d.h. innerhalb des Bereichs von γ = 0,018 bis 0,022.
Daraus ist ersichtlich, dass die Abstufung durch den Widerstand der Entwicklungswalze stark schwankt.
5 zeigt die Relation zwischen den γ-Werten und dem Widerstand der Entwicklungswalze, wenn die Ladungsmenge des Toners, wie in 4 gefunden wurde, bei –30 μC/g liegt, und wenn sie bei –60,0 μc/g und –15,0 μC/g liegt.
Daraus ergibt sich, dass sich der γ-Wert nicht ändert, wenn der Widerstand der Entwicklungswalze bei 5 × 10⁵ Ω/mm oder niedriger liegt, aber danach der γ-Wert und der Widerstand proportional zueinander sind.
Die Beziehungen zwischen dem Widerstand R₁ und der Ladungsmenge Q des Toners bei einem γ-Wert von 0,02 sind folgendermaßen, wobei herausgefunden wurde, dass das Ausgabebild in diesem Falle eine ausgezeichnete Abstufung aufweist.
(R₁, Q, γ) = (5,9 × 10⁶, –15, 0,02)
(R₁, Q, γ) = (4,7 × 10⁶, –30, 0,02)
(R₁, Q, γ) = (2,4 × 10⁶, –0, 0,02).
Daraus wird ersichtlich, dass die Ladungsmenge des Toners und der Widerstand R₁ der Entwicklungswalze in einer linearen Beziehung zueinander stehen.
Daraus ergab sich, dass die folgende Gleichung 1 erfüllt ist.
R₁ = –7,83 × 10⁴ |Q| + 7,05 × 10⁶.
Ferner gilt, wenn R_i in Gleichung 1 mit R₁ = r ersetzt wird und die Steigung des γ-Werts, welcher als ideal angesehen wird, im Bereich innerhalb von ± 10 % erlaubt ist, wird die Bedingung des Widerstandswerts der Entwicklungswalze und die Ladungsmenge des Toners mit einer ausgezeichneten Abstufung bei der Kontaktentwicklung ist wie in der folgenden Gleichung gezeigt bestimmt:
(Gleichung 2)

r × 0,9 ≤ R₁ ≤ r × 1,1.
Die als eine dünne Schicht auf der Entwicklungswalze 5 ausgebildete Tonerschicht wird gleichförmig in einen Entwicklungsbereich befördert, welcher der der lichtempfindlichen Trommel 1 gegenüberliegende Bereich ist.
In dem Entwicklungsbereich, in dem die Entwicklungswalze 5 gegen die Lichtempfindliche Trommel 1 stößt, entwickelt die als eine dünne Schicht auf der Entwicklungswalze 5 ausgebildete Tonerschicht das elektrostatische latente Bild auf der lichtempfindlichen Trommel 1 als ein Tonerbild mittels Gleichspannung der Entwicklungswalze 5.
Der unentwickelte Toner, welcher in dem Entwicklungsbereich nicht verbraucht worden ist, wird mit der Rotation der Entwicklungswalze 6 auf dem unteren Bereich der Entwicklungswalze 5 gesammelt.
Ein Versiegelungselement 17, das ein flexibles Blatt umfasst, ist in diesem Auffangbereich vorgesehen, und erlaubt das Passieren des nicht entwickelten Toners in den Entwicklungsbehälter 14 und verhindert ebenso den Verlust des Toners 8 aus dem Entwicklungsbehälter 11 durch den unteren Bereich der Entwicklungswalze 5.
Der gesammelte, nicht entwickelte Toner auf der Entwicklungswalze 5 wird von der Oberfläche der Entwicklungswalze 5 in dem Anpressbereich der elastischen Walze 6 und der Entwicklungswalze 5 abgekratzt.
Das meiste des so abgekratzten Toners wird mit der Rotation der elastischen Walze 6 befördert und mit dem Toner 8 in dem Entwicklungsbehälter 14 vermischt, und die Ladungen des Toners 8 werden dispergiert und gleichzeitig wird ein neuer Toner auf die Entwicklungswalze 5 durch die Rotation der elastischen Walze 6 befördert, und die vorstehend beschriebene Aktion wird wiederholt.
Während in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Verfahrenskartusche, welche das Entwicklungsgerät darin enthält und abnehmbar an den Hauptkörper des Bilderzeugungsgeräts angebracht ist, eingesetzt wird, kann die vorliegende Erfindung ebenso als ein Entwicklungsgerät mit einem Aufbau eingesetzt werden, der in dem Hauptkörper des Bilderzeugungsgeräts fixiert ist und nur mit dem Toner befüllt wird, oder kann als eine Verfahrenskartusche eingesetzt werden, die das Entwicklungsgerät, die lichtempfindliche Trommel, die Reinigungsklinge, den Abfalltonerbehälter und das Ladegerät in integraler Form darin enthält und abnehmbar an den Hauptkörper des Bilderzeugungsgeräts angebracht ist.
Wie vorstehend beschrieben, können erfindungsgemäß in der vorliegenden Ausführungsform Bilder mit einer ausgezeichneten Abstufung in einem Einkomponenten-Kontaktentwicklungsverfahren zur Entwicklung durch Inkontaktbringen einer Entwicklerschicht, die auf einem Entwicklerträgerkörper geträgert wird, mit einem latenten bildtragenden Körper entwickelt werden.

Claims

Ein Entwicklungsgerät, umfassend: einen Entwickler-Trägerkörper zur Trägerung eines Entwicklers darauf; und ein Schichtdicken-Regulierelement zur Regulierung einer Schichtdicke des auf dem Entwickler-Trägerkörpers geträgerten Entwicklers, wobei der auf dem Entwickler-Trägerkörper geträgerte Entwickler mit einem bildtragenden Körper in Kontakt steht, nachdem dessen Schichtdicke durch das Schichtdicken-Regulierelement reguliert worden ist; wobei, falls die Ladungsmenge pro 1 g des Entwicklers, nachdem die Schichtdicke durch das Schichtdicken-Regulierelement reguliert worden ist und bevor der Entwickler mit dem bildtragenden Körper in Kontakt gekommen ist, als Q (μC/g) definiert ist und falls der elektrische Widerstand pro 1 mm axialer Länge des Entwickler-Trägerkörpers als R (Ω/mm) definiert ist, R ≥ 0,9 × (–7,83 × 10⁴ 141 + 7,05 × 10⁶) und R ≤ 1,1 × (–7,83 × 10⁴ |Q| + 7,05 × 10⁶ erfüllt sind.
Ein Entwicklungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei der Entwickler ein nicht magnetischer Einkomponentenentwickler ist.
Ein Entwicklungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei der Entwickler-Trägerkörper eine elastische Walze mit Elastizität ist.
Ein Entwicklungsgerät gemäß Anspruch 3, wobei die elastische Walze eine Silikonkautschukschicht und ein auf die Silikonkautschukschicht aufgeschichtetes Acryl-Urethan-Harz aufweist.
Ein Entwicklungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei das Schichtdicken-Regulierelement an den Entwicklungs-Trägerkörper anstößt.
Ein Entwicklungsgerät gemäß Anspruch 5, wobei der Anstoßdruck 25 g/cm bis 35 g/cm beträgt.
Ein Entwicklungsgerät gemäß Anspruch 2, wobei der Volumenwiderstandswert des Entwicklers bei 10¹⁴ Ω oder größer liegt.
Ein Entwicklungsgerät gemäß Anspruch 2, wobei SF₁ des Entwicklers bei 100 bis 180 und SF₂ des Entwicklers bei 100 bis 140 liegen.
Ein Entwicklungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Ladungsmenge des Entwicklers bei –40 μC/g bis –20 μC/g liegt.
Ein Entwicklungsgerät gemäß Anspruch 9, wobei die Entwicklermenge auf dem Entwickler-Trägerkörper nach der Regulierung der Schichtdicke durch das Schichtdicken-Regulierelement bei 0,4 mg/cm² bis 1,0 mg/cm² liegt.
Ein Entwicklungsgerät gemäß Anspruch 9, wobei die Schichtdicke des Entwicklers auf dem Entwickler-Trägerkörper nach der Regulierung der Schichtdicke durch das Schichtdicken-Regulierelement bei 10 μm bis 20 μm liegt.
Ein Entwicklungsgerät gemäß Anspruch 1, welches in einer Einheit mit dem bildtragenden Körper hergestellt ist, und an den Hauptkörper eines Bilderzeugungsgeräts als eine Verfahrenskartusche abnehmbar anbringbar ist.